[发明专利]封闭阴极空冷燃料电池单体

说明书

本发明公开了一种封闭阴极空冷燃料电池单体，包括第一极板和第二极板，所述第一极板和第二极板间设有膜电极组件，所述第一极板与膜电极组件间设有第一密封圈，第一密封圈与所述第一极板、膜电极组件间形成第一气流腔，第一气流腔内设有主导流板，所述第二极板与膜电极组件间设有第二密封圈，第二密封圈与所述第二极板、膜电极组件间形成第二气流腔，第二气流腔内填充有扩散层，所述第一极板上开设有与第一气流腔相连通的第一进气口和第一出气口，所述第二极板上开设有与第二气流腔相连通的第二进气口和第二出气口。该燃料电池单体具有阴极封闭，反应充分彻底的特点，整体功能完善，实用性强。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说，它涉及一种封闭阴极空冷燃料电池单体。

背景技术

质子交换膜燃料电池由双极板、膜电极和端板密封而成，双极板是燃料电池的重要组件，每组双极板包括一个阴极板和一个阳极板，分别承担着把氧化气体和还原气体送入膜电极进行反应的任务。还原气体通常是氢气，氧化气体通常为氧气，氢气经过双极板的流场进入气体扩散层并通过膜电极，在膜电极发生氧化反应释放电子成为氢离子，氢离子穿过质子交换膜迁移至阴极并与氧气结合生成水，氧气发生还原反应得到经过外电路至阴极的电子。氧化气体与还原气体适时足量的供入膜电极以及及时排出产物液态水是保证燃料电池高效运行的关键。

合理的流场设计可使气体均匀充足的供入膜电极，避免由于气体的不均匀导致产物水分布不均引起膜的局部干涸或水淹，抑制燃料电池的性能。传统流场一般为平行流场或蛇形流场，此种流场一般由若干流场槽与流场脊交替排列而成，气体从入口分配至各个流场，流场内气体扩散进入气体扩散层，进而进入膜电极。

传统燃料电池上的空冷双极板多采用开放式阴极结构，其阴极上的反应和冷却所使用到的是同一股流体，无法分别控制阴极反应气体和阴极冷却气体，电池无法达到适宜温度，容易过冷。且在高温环境下，应用开放阴极空冷双极板的燃料电池，冷却风扇以最高速度运行，容易将内部水分大量带出，造成质子膜缺水，整体效果不佳。据此，本发明提出了一种封闭阴极空冷燃料电池单体。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种封闭阴极空冷燃料电池单体，该燃料电池单体采用封闭式阴极空冷双极板结构，实现将阴极反应气体和阴极冷却气体分流，并对阴极反应气体进行循环输送，提高反应效率，提升电池的能效和安全性。

为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：本发明所涉及的一种封闭阴极空冷燃料电池单体，包括第一极板和第二极板，所述第一极板和第二极板间设有膜电极组件，所述第一极板与膜电极组件间设有第一密封圈，第一密封圈与所述第一极板、膜电极组件间形成第一气流腔，第一气流腔内设有主导流板，所述第二极板与膜电极组件间设有第二密封圈，第二密封圈与所述第二极板、膜电极组件间形成第二气流腔，第二气流腔内填充有扩散层，所述第一极板上开设有与第一气流腔相连通的第一进气口和第一出气口，所述第二极板上开设有与第二气流腔相连通的第二进气口和第二出气口。

本发明进一步设置为：所述膜电极组件上开设有与第一进气口相匹配的第一导流口、与第一出气口相匹配的第二导流口，所述第二极板上开设有与第一导流口相匹配的第三导流口、与第二导流口相匹配的第四导流口，所述膜电极组件与第二极板间设有使第一导流口与第二气流腔、使第三导流口与第二气流腔均隔断的第三密封圈，所述膜电极组件与第二极板间设有使第二导流口与第二气流腔、使第四导流口与第二气流腔均隔断的第四密封圈。

本发明进一步设置为：所述膜电极组件上开设有与第二进气口相匹配的第五导流口、与第二出气口相匹配的第六导流口，所述第一极板上开设有与第五导流口相匹配的第七导流口、与第六导流口相匹配的第八导流口，所述膜电极组件与第一极板间设有使第五导流口与第一气流腔、使第七导流口与第一气流腔均隔断的第五密封圈，所述膜电极组件与第一极板间设有使第六导流口与第一气流腔、使第八导流口与第一气流腔均隔断的第六密封圈。